單雙閉環(huán)課程設(shè)計

1、<p><b>　　1．設(shè)計目的及意義</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，在調(diào)速領(lǐng)域中，雙閉環(huán)控制的理念已經(jīng)得到了越來越廣泛的認同與應(yīng)用。相對于單閉環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程的弱點。雙閉環(huán)控制則很好的彌補了他的這一缺陷。</p><p>　　雙閉環(huán)控制可實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋的分別作用，從而獲得良好的靜，動態(tài)性能。其良好的

2、動態(tài)性能主要體現(xiàn)在其抗負載擾動以及抗電網(wǎng)電壓擾動之上。正由于雙閉環(huán)調(diào)速的眾多優(yōu)點，所以在此有必要對其最優(yōu)化設(shè)計進行深入的探討和研究</p><p>　　本設(shè)計從直流電動機的工作原理入手，并詳細分析了系統(tǒng)的原理及其靜態(tài)和動態(tài)性能。然后按照自動控制原理，對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)進行分析和計算。</p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好，應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng), 采用轉(zhuǎn)速、電

3、流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動態(tài)調(diào)速特性。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律，性能特點和設(shè)計方法是各種交、直流電力拖動自動控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。應(yīng)掌握轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成及其靜特性；從起動和抗擾兩個方面分析其性能和轉(zhuǎn)速與電流兩個調(diào)節(jié)器的作用；應(yīng)用工程設(shè)計方法解決雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個調(diào)節(jié)器的設(shè)計問題，等等。</p><p>　　通過對轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的了解，使我們能夠更好的掌

4、握調(diào)速系統(tǒng)的基本理論及相關(guān)內(nèi)容，在對其各種性能加深了解的同時，能夠發(fā)現(xiàn)其缺陷之處，通過對該系統(tǒng)不足之處的完善，可提高該系統(tǒng)的性能，使其能夠適用于各種工作場合，提高其使用效率。</p><p>　　運動控制課是后續(xù)于自動控制原理課的課程，是更加接近本專業(yè)實現(xiàn)應(yīng)用的一門課程。直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。由于直流拖動控制系統(tǒng)在理論

5、上和實踐上都比較成熟，而且從控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。所以加深直流電機控制原理理解有很重要的意義。</p><p>　　本設(shè)計首先進行總體系統(tǒng)設(shè)計，然后確定各個參數(shù)，當(dāng)明確了系統(tǒng)傳函之后，再進行穩(wěn)定性分析，在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，進行整定以達到設(shè)計要求。</p><p>　　一、單閉環(huán)總體方案設(shè)計</p><p><b>　　1、控制原理<

6、;/b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，所設(shè)計的系統(tǒng)應(yīng)為單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，選定轉(zhuǎn)速為反饋量，采用變電壓調(diào)節(jié)方式，實現(xiàn)對直流電機的無極平滑調(diào)速。原理圖如下：</p><p><b>　　圖1、單閉環(huán)直流</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速用與電動機同軸相連的測速電機產(chǎn)生的正比于轉(zhuǎn)速的電壓信號反饋到輸入端，再與給定值比較，經(jīng)放大環(huán)節(jié)產(chǎn)生控

7、制電壓，再通過電力電子變換器來調(diào)節(jié)電機回路電流，達到控制電機轉(zhuǎn)速的目的。</p><p>　　這里，電壓放大環(huán)節(jié)采用集成電路運算放大器實現(xiàn)，主電路用晶閘管可控整流器調(diào)節(jié)對電機的電源供給。</p><p>　　所以，更具體的原理圖如下：</p><p>　　圖2、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)具體原理圖</p><p><b>　　2、控制結(jié)構(gòu)圖

8、</b></p><p>　　有了原理圖之后，把各環(huán)節(jié)的靜態(tài)參數(shù)用自控原理中的結(jié)構(gòu)圖表示，就得到了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　圖3、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　同理，用各環(huán)節(jié)的輸入輸出特性，即各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，表示成結(jié)構(gòu)圖形式，就得到了系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　由所學(xué)的相關(guān)課程

9、知：放大環(huán)節(jié)可以看成純比例環(huán)節(jié)，電力電子變換環(huán)節(jié)是一個時間常數(shù)很小的滯后環(huán)節(jié)，這里把它看作一階慣性環(huán)節(jié)，而額定勵磁下的直流電動機是一個二階線性環(huán)節(jié)。所以，可以得到如下的框圖：</p><p>　　圖4、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　3、參數(shù)計算</b></p><p>　　設(shè)計完系統(tǒng)框圖，就可以用已知的傳遞函數(shù)結(jié)合

10、設(shè)計要求中給定的參數(shù)進行對系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)兩套參數(shù)的計算。以便于后續(xù)步驟利用經(jīng)典控制論對系統(tǒng)的分析。</p><p>　　為了方便以下的計算，每個參數(shù)都采用統(tǒng)一的符號，這里先列出設(shè)計要求中給出的參數(shù)及大?。?lt;/p><p>　　電動機：PN=10kw UN=220v IdN=55A nN=1000rpm Ra=0.5Ω</p><p>　　晶閘管整流裝置

11、：二次線電壓E2l=230v Ks=44</p><p>　　主回路總電阻：R=1Ω</p><p>　　測速發(fā)電機：PNc=23.1kw UNc=110v IdN=0.21A nNc=1900rpm</p><p>　　系統(tǒng)運動部分：飛輪矩GD2=10Nm2 </p><p>　　電樞回路總電感量：要求在主回路電流為額

12、定值10﹪時，電流仍連續(xù)</p><p>　　生產(chǎn)機械：D=10 s≤5﹪</p><p>　?。?）靜態(tài)參數(shù)設(shè)計計算</p><p>　　A、空載到額定負載的速降ΔnN</p><p><b>　　由公式：</b></p><p>　?。ㄆ渲蠨，s已知） </p><p&g

13、t;　　得：ΔnN≤5.26rpm</p><p>　　B、系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)K</p><p><b>　　由公式：</b></p><p>　?。ㄓ晒?可算出Ce =0.1925Vmin/r） </p><p><b>　　得：K=53.3

14、</b></p><p>　　C、測速反饋環(huán)節(jié)放大系數(shù)a</p><p>　　設(shè)：測速發(fā)電機電動勢系數(shù)= UNc/ nNc=0.0579 Vmin/r</p><p>　　測速發(fā)電機輸出電位器RP2分壓系數(shù)a2</p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗，人為選定a2=0.2</p><p>　　則a=Cec a2=0

15、.01158</p><p>　　注：1、a2正確性的驗證：</p><p>　　反饋通道的輸出用于和給定比較，參照圖3的標(biāo)注，Un略小于Un※即可，</p><p>　　當(dāng)a2=0.2時，Un=11.58v 滿足要求（圖1中，3為-， 2為+ ，7要求+，也可驗證）</p><p>　　2、RP2的選擇主要從功耗方面考慮，以不致過熱為原則。

16、</p><p>　　D、運算放大器的放大系數(shù)Kp</p><p>　　由公式 （其中α即a） </p><p>　　Kp ≥20.14 </p><p>　　取Kp=21 （若向小方向取，可能影響快速性，由于后加限幅電路，略大無妨）</p><p&

17、gt;　　此處的近似，使k由53.3變?yōu)?5.58</p><p>　?。?）動態(tài)參數(shù)設(shè)計計算</p><p>　　在經(jīng)典控制論中，動態(tài)分析基于確定系統(tǒng)的傳函，所以要求出傳函并根據(jù)已知求的傳函中的未知參數(shù)，再用勞斯判據(jù)得出系統(tǒng)穩(wěn)定性，在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上再加校正以優(yōu)化系統(tǒng)，使穩(wěn)、準(zhǔn)、快指標(biāo)平衡在要求范圍內(nèi)的值上。</p><p>　　由圖4，得系統(tǒng)開環(huán)傳函</p&g

18、t;<p>　　其中,Ts晶閘管裝置滯后時間常數(shù) </p><p><b>　　Tm機電時間常數(shù) </b></p><p><b>　　Tl：電磁時間常數(shù)</b></p><p><b>　　主電路電感值L</b></p><p>　　根據(jù)要求在主回路電流為額定

19、值10﹪時，電流仍連續(xù)。</p><p>　　結(jié)合抑制電流脈動的措施中關(guān)于L的討論，得：</p><p><b>　　公式：</b></p><p>　　其中，整流變壓器副邊額定相電壓（二次相電壓）</p><p>　　得：L=0.017H</p><p>　　(3)其他未知參數(shù)計算</p&

20、gt;<p>　　電磁時間常數(shù) </p><p><b>　　機電時間常數(shù)</b></p><p>　　對于三相橋式整流電路，晶閘管裝置的滯后時間常數(shù)為 Ts = 0.00167 s </p><p><b>　　系統(tǒng)傳函為：</b></p><p><b>

21、;　　4.穩(wěn)定性分析</b></p><p>　　穩(wěn)定是系統(tǒng)首要的條件，一切的分析只有建立在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上才有意義。</p><p>　　(1)基于經(jīng)典自控理論得分析</p><p><b>　　根據(jù)系統(tǒng)閉環(huán)傳函</b></p><p><b>　　特征方程</b></p>

22、<p>　　應(yīng)用三階系統(tǒng)的勞斯-赫爾維茨判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是 </p><p><b>　　代入整理得：</b></p><p><b>　　或</b></p><p><b>　　所以： </b></p><p>　　把所得參數(shù)代入就是說，k小于49.4系

23、統(tǒng)才穩(wěn)定。</p><p>　　但是，按穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)要求計算出的要K ≥53.3</p><p>　　它們是矛盾的。所以，當(dāng)前的系統(tǒng)是不滿足要求的。</p><p><b>　　5、系統(tǒng)校正</b></p><p>　　在設(shè)計校正裝置時，主要的研究工具是Bode圖，即開環(huán)對數(shù)頻率特性的漸近線。它的繪制方法簡便，可以確

24、切地提供穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕度的信息，而且還能大致衡量閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)的性能。因此，Bode圖是自動控制系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中普遍使用的方法。</p><p>　　伯德圖與系統(tǒng)性能的關(guān)系</p><p>　　中頻段以-20dB/dec的斜率穿越0dB，而且這一斜率覆蓋足夠的頻帶寬度，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性好；</p><p>　　截止頻率（或稱剪切頻率）越高，則系統(tǒng)的快速性越好；&l

25、t;/p><p>　　低頻段的斜率陡、增益高，說明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度高；</p><p>　　高頻段衰減越快，即高頻特性負分貝值越低，說明系統(tǒng)抗高頻噪聲干擾的能力越強。</p><p>　　相角裕度 和以分貝表示的增益裕度 Gm。</p><p><b>　　一般要求：</b></p><p>　　= 3

26、0°－60° GM > 6dB</p><p>　　實際設(shè)計時，一般先根據(jù)系統(tǒng)要求的動態(tài)性能或穩(wěn)定裕度，確定校正后的預(yù)期對數(shù)頻率特性，與原始系統(tǒng)特性相減，即得校正環(huán)節(jié)特性。具體的設(shè)計方法是很靈活的，有時須反復(fù)試湊，才能得到滿意的結(jié)果。</p><p><b>　　6.調(diào)節(jié)器的選擇</b></p><p>　　P調(diào)

27、節(jié)器：采用比例（P）放大器控制的直流調(diào)速系統(tǒng)，可使系統(tǒng)穩(wěn)定，并有一定的穩(wěn)定裕度，同時還能滿足一定的穩(wěn)態(tài)精度指標(biāo)。但是，帶比例放大器的反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是有靜差的調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　I調(diào)節(jié)器：采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時達到與給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)仍有控制信號，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行，實現(xiàn)無靜差調(diào)速。 </p><p>　　PI調(diào)節(jié)器：比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點

28、，又克服了各自的缺點，揚長避短，互相補充。比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。</p><p><b>　　7.校正環(huán)節(jié)的設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗并驗證，本系統(tǒng)加PI調(diào)節(jié)器可滿足要求，調(diào)節(jié)器的傳函為：</p><p>　　電機環(huán)節(jié)經(jīng)分解，可等效成：</p><p>　　8.限流裝置的

29、選擇：</p><p>　　Idbl應(yīng)小于電機允許的最大電流，一般取 </p><p>　　Idbl =（1.5~2） IN </p><p>　　從調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能上看，希望穩(wěn)態(tài)運行范圍足夠大，截止電流應(yīng)大于電機的額定電流，一般取</p><p>　　Idcr ≥（1.1~1.2）IN</p><p>　　本系

30、統(tǒng)限流值應(yīng)為：82.5A</p><p><b>　　系統(tǒng)驗證</b></p><p><b>　　超調(diào)15.28％</b></p><p>　　峰值時間0.285s</p><p><b>　　調(diào)節(jié)時間0.5s</b></p><p>　　可見，電機轉(zhuǎn)

31、速快速穩(wěn)定在1000rpm，符合要求。</p><p>　　二 、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成與原理</p><p>　　圖1.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖</p><p>　　首先是對雙閉環(huán)控制電路的穩(wěn)態(tài)工作原理的分析，可以根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖來分析，分析穩(wěn)態(tài)工作原理的關(guān)鍵是要了解PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般都會存在著兩種狀況：飽和——輸出達到限幅值，不飽和——輸出

32、未達到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時，PI的作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時總為零。在實際的正常運行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的。因此，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和和不飽和兩種情況。</p><p>　　當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏

33、差電壓都是零。而當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和時，ASR輸出達到限幅值，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉(zhuǎn)速是由給定電壓決定的，ASR的輸出量是由負載電流決定的，而控制電壓的大小則同時取決于轉(zhuǎn)速和負載電流。PI調(diào)節(jié)器的輸出量在動態(tài)過程中決定于輸入量的積分，到達穩(wěn)態(tài)時，輸入為零，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。</p><p&g

34、t;　　雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負載電流達到時，對應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出，這時，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護。這就是采用了兩個PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個閉環(huán)的效果。這樣的靜特性比帶電流截止負反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。</p><p>　　接著是對其起動過程的分析，由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽

35、和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成I、II、III三個階段。</p><p>　　第I階段（電流上升階段）。突加給定電壓后，經(jīng)過兩個調(diào)節(jié)器的跟隨作用，、、都跟著上升，但是在沒有達到負載電流以前，電動機還不能轉(zhuǎn)動。當(dāng)后，電動機開始起動。由于機電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓仍較大，其輸出電壓保持限幅值，強迫電樞電流迅速上升。直到電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了的增長，標(biāo)志著這一階段

36、的結(jié)束。</p><p>　　第II階段（恒流升速階段）。這是起動過程中的主要階段。在這個階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長，對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，E是一個線性漸增的擾動量，為了克服它，和也必須基本上按線性增長，才能保持恒定。</p><p>　　第III階段（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段）。當(dāng)轉(zhuǎn)速上

37、升到給定值時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減小到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電動機仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負，使它開始退出飽和狀態(tài)，和很快下降。但是，只要仍大于負載電流，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到時，轉(zhuǎn)矩，則，轉(zhuǎn)速n才到達峰值。此后，電動機開始在負載的阻力下減速，當(dāng)時，直到穩(wěn)定。</p><p>　　綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：（1）飽和非線性控制

38、（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)（3）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。</p><p>　　最后是對其動態(tài)抗擾性能的分析，對于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動的性能。</p><p>　　負載擾動作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來產(chǎn)生抗負載擾動的作用。</p><p>　　就靜特性而言，系統(tǒng)對它們的抗擾效果是一樣的。但從動態(tài)性能上看，由于擾動作用點不

39、同，存在著能否及時調(diào)節(jié)的差別。負載擾動能夠比較快地反映到被調(diào)量n上，從而得到調(diào)節(jié)，而電網(wǎng)電壓擾動的作用電力被調(diào)量稍遠，調(diào)節(jié)作用受到延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抑制電壓擾動的性能要差一點。</p><p>　　綜上所述，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來，抗繞性能大有改善。因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動引起的轉(zhuǎn)速動態(tài)變化會比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。<

40、/p><p><b>　　變壓器副方電壓</b></p><p>　　為了減小電網(wǎng)與整流裝置的相互干擾,使整流主電路與電網(wǎng)隔離,為此需要配置整流裝置。但由于電網(wǎng)電壓波動、管子本身的壓降以及整流變壓器等效內(nèi)阻造成的壓降等。所以設(shè)計時應(yīng)按下式計算:</p><p>　　式中：為負載的額定電壓，取220V</p><p>　　為整

41、流元件的正向?qū)▔航?，?V</p><p>　　n為電流回路所經(jīng)過的整流元件的個數(shù)，橋式電路取2</p><p>　　A為理想情況下時，取2.34</p><p>　　B為實際電壓與理想空載電壓比，取0.93</p><p><b>　　為最小移相角，取</b></p><p>　　C為線路接線

42、方式系數(shù)，取0.5</p><p>　　為變壓器阻抗電壓比，取0.05</p><p>　　為二次側(cè)允許出現(xiàn)的最大電流與額定電流之比，取0.816</p><p><b>　　所以將數(shù)據(jù)代入</b></p><p><b>　　控制電路的計算</b></p><p>　?。?

43、）直流電動機 （2）晶閘管整流電源</p><p><b>　　電源電阻 </b></p><p><b>　　放大倍數(shù) </b></p><p><b>　　時間常數(shù) </b></p><p><b>　　固有參數(shù)的設(shè)計計算</b>

44、</p><p><b>　　給定電壓最大值 </b></p><p><b>　　調(diào)節(jié)器限幅電壓 </b></p><p><b>　　參數(shù)計算如下</b></p><p>　　電動機電磁時間常數(shù) </p><p><b>　　電動機電勢

45、常數(shù) </b></p><p><b>　　電動機轉(zhuǎn)矩常數(shù) </b></p><p>　　電動機機電時間常數(shù) </p><p><b>　　轉(zhuǎn)速慣量 </b></p><p>　　1.最佳典型I型電流環(huán)的計算</p><p>　　簡化系統(tǒng)并確定時間常數(shù)：略去反電勢

46、對電流變化的影響。合并小慣性環(huán)節(jié)，包括晶閘管延遲和反饋濾波環(huán)節(jié)。電流環(huán)小時間常數(shù)之和為： </p><p>　　求出固有部分的傳遞函數(shù)，畫出簡化后的電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　固有部分的傳遞函數(shù)為：</p><p>　　簡化后的電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖1.1所示為：</p><p><b>　　+&l

47、t;/b></p><p><b>　　-</b></p><p><b>　　圖1.1</b></p><p><b>　　選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此

48、可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　檢查對電源電壓的抗擾性能：， 參照表后各項指標(biāo)都是可接受的。</p><p><b>　　計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)</b></p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：</p><p>　　電流環(huán)開環(huán)增益：要求時，應(yīng)取，因此</p>

49、<p><b>　　ACR的比例系數(shù)為</b></p><p><b>　　檢驗近似條件</b></p><p><b>　　電流環(huán)截止頻率：</b></p><p>　　晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件</p><p><b>　　滿足近似條件<

50、/b></p><p>　　忽略反電勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件</p><p><b>　　滿足近似條件</b></p><p>　　電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件</p><p><b>　　滿足近似條件</b></p><p>　　計算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p&

51、gt;<p>　　運算放大器，各電阻和電容值為</p><p><b>　　，取</b></p><p><b>　　,取</b></p><p><b>　　，取</b></p><p>　　2.最佳典型II型速度環(huán)的計算</p><p>

52、;<b>　　確定時間常數(shù)</b></p><p><b>　　電流環(huán)等效時間常數(shù)</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù) </b></p><p><b>　　選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　按照設(shè)計要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其

53、傳遞函數(shù)為 </p><p><b>　　計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)</b></p><p>　　按跟隨和抗擾動性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為</b></p><p><b>　　ASR的比例系數(shù)為</b></p&

54、gt;<p><b>　　檢驗近似條件</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為</b></p><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為</p><p><b>　　，滿足近似條件</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為</p&

55、gt;<p><b>　　，滿足近似條件</b></p><p>　　3.系統(tǒng)性能指標(biāo)的分析計算</p><p>　　(1)靜態(tài)指標(biāo)的計算</p><p><b>　?。ˋ）典型I型系統(tǒng)</b></p><p><b>　　給定階躍輸入：</b></p>

56、;<p>　　（B）典型II型系統(tǒng)</p><p><b>　　給定階躍輸入：</b></p><p><b>　　擾動階躍輸入：</b></p><p>　　(2)動態(tài)跟隨指標(biāo)的計算</p><p>　?。?）電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為</p><p>

57、;　　（2）空載起動到額定轉(zhuǎn)速的最大超調(diào)量 ,在飽和非線性下,以ASR“退飽和超調(diào)”符合系統(tǒng)實際。</p><p>　　(3)穩(wěn)定性指標(biāo)的分析</p><p>　　（A）電流環(huán)的穩(wěn)定性</p><p>　　由附圖4.1中博德圖可以看到，當(dāng)其幅頻特性曲線過0 時，既其轉(zhuǎn)折點所對應(yīng)相頻率特性曲線的點在-180之上，并且仍有一定余量，充分說明該環(huán)節(jié)穩(wěn)定。</p>

58、;<p>　　（B）轉(zhuǎn)速環(huán)的穩(wěn)定性</p><p>　　由附圖4.2中博德圖可以看到，當(dāng)其幅頻特性曲線過0 時，既其轉(zhuǎn)折點所對應(yīng)相頻率特性曲線的點在-180之上，并且仍有一定余量，充分說明該環(huán)節(jié)穩(wěn)定</p><p>　　典Ⅰ典Ⅱ的開環(huán)對數(shù)幅頻特性圖</p><p>　　綜上，系統(tǒng)符合設(shè)計要求</p><p><b>